對飛機的復合材料進行無損粘接檢測

應用

要保證航天飛機的復合材料結構在整個在役過程中的完整性，材料的完好粘接狀態至關重要。為此，我們開發了用于在維護過程中評估材料粘接質量的無損檢測（NDT）方法。這則應用注釋回顧了最近為提高檢測的可靠性而開發的多種方法。

背景

目前在飛機制造過程中對復合材料的使用急劇增長。各大主要機身制造商，如：波音（Boeing）和空中客車（Airbus），在他們各自的商業飛機制造中，已經極大地增加了對復合材料的使用。Boeing 787的整個機身幾乎都是由復合材料制成，而Airbus A380和A350也添加了大量的復合材料結構。支線和商用噴氣式飛機制造商在制造各自的飛機時，也增加了對復合材料的使用。在飛機的制造上，也出現了同樣的復合材料使用增長的現象，如：F22戰斗機和A400運輸機。

由于飛機的結構很容易受到撞擊和雷擊，因此需要使用一些可靠有效的無損檢測方式（NDT），對飛機受到撞擊后可能出現的損傷進行快速評估。這些由各地的NDT檢測人員所使用的方法和儀器，一定要簡單好用，以確保在飛機的維護核查過程中，獲得一致性的檢測結果。

飛機受到撞擊后，可能會使其復合材料結構出現不同類型的損傷。損傷的情況會根據復合材料部件的特性、組成材料及密度而不同。復合材料層壓結構受到撞擊后產生的缺陷，主要是機身的各種層壓材料之間以及與機翼蒙皮之間的分層缺陷。不過撞擊也會引起蒙皮與加強筋之間的脫粘。這種脫粘情況會極大地傷害飛機結構的完整性。B787型和A350型飛機的機身主要為層壓結構。

在層壓碳皮之間的帶有蜂窩夾芯（NOMEX等）的復合材料夾層結構中，撞擊結果會表現為不同類型的損傷。在飛機遭到撞擊后，可能會出現以下缺陷：

A型：平行于表面的外部CFRP蒙皮的多層材料之間出現分層缺陷

B型：外側蒙皮與蜂窩芯之間的脫粘缺陷

C型：平行于檢測表面的蜂窩芯出現裂紋

D型：平行區域的蜂窩芯被碾碎

E型：內側蒙皮與蜂窩芯之間的脫粘缺陷

F型：蜂窩芯中有流體侵入

奧林巴斯的Bondmaster 600 是一款使用一發一收模式、機械阻抗分析（MIA）和諧振檢測方式對復合材料進行檢測的多模式超聲粘接檢測儀器。很久以前這款儀器就用于對大多數現有的飛機進行檢測，只是最近又開發出了借助這款儀器完成的新的檢測方式。

一發一收模式用于檢測帶有蜂窩結構的復合材料。發射器將聲能傳送到工件內，然后，接收器再接收反射回來的聲能。在粘接完好的條件下，部分聲能由于蜂窩結構的吸收而產生衰減。當探頭被放置在脫粘區域上時，返回到接收器的聲能會變得很大，并會引起波幅的變化。

這項技術最近得到了優化調整，可以可靠地探測到位于40毫米厚的蜂窩結構以下遠端的（面積為25毫米 × 25毫米）脫粘缺陷，如：E型缺陷。針對困難且費時的空中客車（Airbus）飛機的檢測，我們專門設計了一種新式差分高電壓探頭。在空中客車的維護公告中，現在記載著使用這種探頭檢測所獲得的非同尋常的結果。

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